Строительное материаловедение Лекция 1 1 2 3

Строительное материаловедение Лекция № 1 1. 2. 3. 4. 5. Рассматриваемые вопросы: Цель и задачи курса История развития строительного материаловедения Связь состава и строения Свойства строительных материалов Стандартизация и унификация строительных материалов

Цель курса материаловедения - познание природы и свойств вещества и поиск методов получения материалов с заданными характеристиками для наиболее эффективного использования в строительстве. Основные задачи курса: 1. Дать понимание физико-химической сущности явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации, и их влияния на свойства материалов; 2. Установить зависимость между химическим составом, строением и свойствами материалов; 3. Изучить теоретические основы и практику реализации различных способов получения и обработки материалов, обеспечивающих высокую надежность и долговечность строительных конструкций; 4. Дать знания об основных группах строительных материалов, свойствах и областях их применения.

Материаловедение может быть сведено к трем основным взаимодействующим составляющим 1. Эмпирические знания в виде новых и ранее полученных данных в ходе научного эксперимента, промышленной разработки и эксплуатационного мониторинга. 2. Неразрывная связь теории и практики в единой системе знаний. 3. Неотъемлемый компонент основ мировоззрения как движущий фактор технического прогресса

В истории становления строительного материаловедения прослеживаются 3 основных этапа 1 наиболее протяженный период от каменного века ~ 7 тыс. лет назад до середины 19 века ознаменован преобладанием интуитивно-чувственных мотивов познания 2 этап совпадает с революционным прорывом научной мысли на рубеже 19 и 20 века – интенсивного накопления знаний и разделения на науки по отдельным отраслям 3 период с середины 20 века до наших дней ознаменован углублением и интеграцией различных отраслей знаний, появлению открытий на стыке нескольких научных направлений

Наиболее значимые события и факты 1 этапа • Каменный век – природные материалы (древесина, природный камень, необожженная глина керамика, стекло) • Бронзовый и железный века – самородные и рудные металлы • В средние века изучены гидравлические свойства некоторых вяжущих веществ – известь, гипс; разработаны сплавы металлов • Становление этапа ознаменовано научными трудами от Аристотеля, Авиценны, Эпикура, Лукреция до Ломоносова, Менделеева и многих других.

Наиболее значимые события и факты 2 этапа • Открытие гидравлического вяжущего вещества – цемента и производство на его основе водостойких бетонов и растворов, внедряется в строительное производство железобетон, в том числе преднапряженный • С развитием химии открыты полимеры и в строительство пришли пластмассы • Огромная заслуга в этом принадлежит русским ученым Федорову, Обручеву, Ферсману, Челиеву, Волженскому, Будникову, Лебедеву и другим

Наиболее значимые события и факты 3 этапа • Индустриализация строительства с использованием сборных конструкций и массового производства изделий заводской готовности • Производство материалов и изделий с заданными свойствами, интенсивная разработка композиционных материалов – органоминеральных, полимер- стекло- и керамометаллических, нанесение многофункциональных покрытий применение наноматериалов и др. • В России эти направления развиваются благодаря труду академиков Белянкина, Ребиндера Боженова, Мчедлова, Рыбьева, Соломатова и других

Классификация строительных материалов может быть сформирована по различным признакам - таксонам Производственному назначению n Виду исходного сырья n Способу массового потребления n Критериям качества, долговечности, сопротивляемости нагрузкам и условиям воздействия окружающей среды n

Строительные материалы по условиям работы классифицируются Специального назначения Универсальные теплоизоляционные Природные Минеральные (каменные материалы) Органические (древесина, торф, битумы) Искусственные Безобжиговые на основе вяжущих веществ (бетоны, растворы) Автоклавные (силикатный кирпич) Металлы и сплавы акустические гидроизоляционные отделочные Полимеры и пластмассы антикоррозионные огнеупорные Обжиговые (керамика, стекло, ситаллы) радиозащитные

Вещественный состав строительного материала может быть представлен как: n n n Химический (элементарный и в виде соединения или групп соединений) Минеральный (мономинеральный или полиминеральный) Фазовый (однофазный, многофазный, агрегатное состояние, межфазный переход) Вещественный состав материала позволяет судить о его физико-механических химико-биологических свойствах

Структура материала оценивается на макро, мезо, микро и нано уровне n n Макро и мезоструктура позволяет оценить текстуру видимую невооруженным глазом (конгломератная, плотная и пористая, ячеистая, слоистая, волокнистая, рыхлозернистая) Микро и наноструктура позволяет характеризовать положение и взаимосвязь атомов, ионов и молекул (упорядоченная - кристаллическая, неупорядоченная - аморфная) Важную роль играет характер связей в кристаллических структурах ( для атомарных - ионные и ковалентные, для молекулярных – Ван – дер – Ваальсовые). У упорядоченных структур проявляются полиморфизм и дислокационные изменения.

Основные свойства строительных материалов рассматривают по 4 основным группам параметров – физическим, механическим, химическим и эксплуатационным Физические Параметры состояния Гидрофизические Теплофизические Акустические Электрофизические Радиационные Механические Деформационные Прочностные

Параметры состояния Истинная плотность (г/см 3, кг/м 3) единица массы вещества в абсолютно плотном состоянии. P= m/Vа Средняя плотность(г/см 3, кг/м 3) единица массы вещества в абсолютно плотном состоянии. Pо= m/Vо Пористость (%) - степень заполнения материала порами и пустотами (насыпная плотность- для сыпучих и зернистых масс) П=[(P - Po) / P ] 100% K= Po / P – коэффициент плотности П=(1 -К)100% Величина и размер по влияют на прочность Rn=Ro(1 -AП) где А- коэффициент структуры Удельная поверхность S (см 2/г) пропорциональна массе адсорбированного водяного пара (газа) при полном покрытии мономолекулярным слоем всей внутренней поверхности пор S=a 1 Nm/M

Гидрофизические свойства n n n Гигроскопичность Сорбционная влажность (древесина 1218%, стеновые материалы 5 -7%) Водопоглощение Wo=[(mв-mc)/Vo]100%; Wv=[(mв-mc)/mc]100%; Wo=Wm. Po; Водо и паронепроницаемость Влажностные деформации Морозостойкость